Introducido por primera vez en un amplio uso a mediados del siglo XX, La resonancia magnética nuclear (RMN) se ha convertido desde entonces en una técnica indispensable para examinar materiales hasta sus átomos, revelando la estructura molecular y otros detalles sin interferir con el material en sí.

"Es una técnica ampliamente utilizada en el análisis químico, caracterización de materiales, IRM:situaciones en las que realiza un análisis no invasivo, pero con detalles atómicos y moleculares, ", dijo Songi Han, profesor de química de la Universidad de California en Santa Bárbara. Al colocar una muestra en un campo magnético fuerte y luego sondearla con ondas de radio, los científicos pueden determinar a partir de la respuesta de los núcleos oscilantes en los átomos del material la estructura molecular del material.

"Sin embargo, El problema con la RMN ha sido que, debido a que es una técnica de baja energía, no es muy sensible, "Han dijo." Es muy detallado, pero no recibe mucha señal ". Como resultado, pueden ser necesarias grandes cantidades de material de muestra en relación con otras técnicas, y la debilidad general de las señales hace que la RMN sea menos que ideal para estudiar procesos químicos complejos.

Un remedio a esta situación radica en la polarización nuclear dinámica (DNP), una técnica popular en la que se "toma prestada" energía de los electrones cercanos para mejorar la señal que emana de los núcleos.

"Los electrones tienen mucha más energía que los núcleos, "Han explicado. Construido en moléculas" radicales "especialmente diseñadas, La polarización de estos electrones desapareados se transfiere a los núcleos para mejorar su señal.

Un tema tan candente como el DNP se ha convertido en la última década, sin embargo, Han cree que todavía estamos rascando la superficie.

"A pesar de que DNP cambió fundamentalmente el panorama de la RMN, al final del día, sólo se han utilizado un puñado de agentes polarizadores de diseño, "Han dijo." Se ha utilizado un agente polarizador para polarizar los núcleos de hidrógeno, pero el poder del DNP es mayor que eso. En principio, muchas otras fuentes de espín de electrones pueden polarizar muchos otros tipos de espín nuclear ".

En un artículo publicado en la revista Chem , Han y sus colegas traspasan los límites de la RMN con la primera demostración de polarización nuclear dinámica utilizando el metal de transición vanadio (IV). Según Han, su nuevo enfoque, denominado "espectroscopia DNP hiperfina", ofrece un vistazo a la química local típicamente oscura en torno a los metales de transición, que son importantes para procesos como catálisis y reacciones de reducción-oxidación.

"Ahora podemos utilizar metales endógenos que están presentes en los catalizadores y en muchos otros materiales importantes, "Han dijo, sin tener que agregar agentes polarizantes, esas moléculas radicales, para producir una señal de RMN más fuerte.

La ironía con metales de transición como el vanadio y el cobre, Han explicó, es que esos átomos tienden a ser centros funcionales, lugares donde tiene lugar una química importante.

"Y esos centros de acción exactos y centros funcionales han sido muy difíciles de analizar (con RMN) porque tienden a volverse invisibles, ", dijo. Los giros de electrones en el metal de transición tienden a acortar la vida útil de la señal de RMN, Ella explicó, haciéndolos desaparecer antes de que puedan ser detectados.

Esta no sería la primera vez que se observa la química en torno a los metales de transición, Han dijo:apuntando a estudios que analizaron los entornos químicos alrededor del gadolinio y el manganeso. Pero el instrumento disponible comercialmente utilizado en esos estudios ofrecía "una visión muy limitada".

"Pero hay muchos más metales que son mucho más importantes para la química, ", dijo." Así que desarrollamos y optimizamos la instrumentación que mejora el rango de frecuencia desde el alcance muy estrecho de un instrumento comercial a un rango mucho más amplio ".

Con su espectroscopia de DNP hiperfina, los investigadores también encontraron que la señal de hecho se borra dentro de una cierta región alrededor del metal llamada barrera de difusión de espín. pero si los núcleos se encuentran fuera de esa zona, la señal se hace visible.

"Hay formas de iluminar ese entorno, pero necesitas saber cómo y por qué, "Han dijo, agregando que los coautores principales del artículo, Sheetal Kumar Jain de UC Santa Barbara y Chung-Jui Yu de Northwestern University continuarán explorando y aplicando este nuevo método a medida que prosiguen sus carreras académicas y de investigación.